DE3914357C2

DE3914357C2 - Control arrangement and method for controlling the microbial treatment of waste water

Info

Publication number: DE3914357C2
Application number: DE3914357A
Authority: DE
Inventors: Gero Froese
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-04-29
Filing date: 1989-04-29
Publication date: 1997-07-17
Anticipated expiration: 2009-04-30
Also published as: ATE110044T1; DE9007589U1; EP0396057A1; EP0396057B1; DD294006A5; DE3914357A1; DE59006811D1

Abstract

For termination of the denitrification treatment of waste water, the occurrence of a marked drop in the measured redox potential is used as a criterion. The control signal is accordingly produced by means of a evaluating and control unit 2, which is connected to a redox electrode 1. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der mikro biellen Denitrifikationsbehandlung von Abwässern, bei dem in dem der Behandlung unterworfenen Abwasser das Redox-Potential gemessen und ausgewertet wird und das Ende der Denitrifi kationsbehandlung dadurch festgestellt wird, daß ein starker Abfall des Redox-Potentials vorliegt.The invention relates to a method for controlling the micro biological denitrification treatment of waste water, in which the redox potential of the wastewater subjected to the treatment is measured and evaluated and the end of denitrifi cation treatment is determined by the fact that a strong There is a drop in the redox potential.

Es hat sich die Erkenntnis durchgesetzt, daß zur Vermeidung einer großen Nitratbelastung von Grundwasser und Flüssen stickstoffhaltige Verbindungen aus dem Abwasser während der Behandlung in einer Kläranlage eliminiert werden sollten. Hierfür werden biochemische Prozesse ausgenutzt, mit denen einerseits eine Oxidation des im Wasser vorliegenden Ammoniums zu Nitrat (Nitrifikation) und andererseits eine Reduktion des Nitrats zu molekularem Stickstoff (Denitrifikation) durchgeführt wird, der dann in gasförmiger Form in die Atmosphäre schadlos entweichen kann. Verfahrenstechnisch ist problematisch, daß die Nitrifikation nur bei Anwesenheit von gelöstem Sauerstoff, die Denitrifikation dagegen nur im sauer stofffreien Milieu abläuft. The knowledge has prevailed that to avoid a large nitrate pollution of groundwater and rivers nitrogenous compounds from the wastewater during the Treatment in a sewage treatment plant should be eliminated. For this, biochemical processes are used with which on the one hand an oxidation of the ammonium present in the water to nitrate (nitrification) and on the other hand a reduction in Nitrate to molecular nitrogen (denitrification) is carried out, which is then in gaseous form in the Atmosphere can escape without damage. Is procedural problematic that the nitrification only in the presence of dissolved oxygen, denitrification only in acid substance-free milieu expires.

Es ist daher bekannt, die Nitrifikation und Denitrifikation in getrennten Reaktionsräumen, also beispielsweise Becken einer Kläranlage, durchzuführen. Das der Nitrifikation unterworfene Abwasser wird anschließend in den Reaktionsraum für die Deni trifikation gepumpt.It is therefore known to nitrify and denitrify in separate reaction spaces, for example basins of one Wastewater treatment plant. The one subject to nitrification Waste water is then in the reaction room for the Deni trification pumped.

Es ist auch bekannt, die Nitrifikation und Denitrifikation in demselben Reaktionsraum ablaufen zu lassen, jedoch zu unter schiedlichen Zeiten. Hierzu wird der Belebtschlamm intermittierend belüftet, so daß im zeitlichen Wechsel geeig nete Milieubedingungen sowohl für die Nitrifikation (intensive Belüftung, Anwesenheit von gelöstem Sauerstoff) als auch für die Denitrifikation (schwache oder abgeschaltete Belüftung, Abwesenheit von gelöstem Sauerstoff) geschaffen werden.It is also known to nitrify and denitrify in to run in the same reaction space, but under different times. For this, the activated sludge ventilated intermittently, so that alternating in time conditions for both nitrification (intensive Ventilation, presence of dissolved oxygen) as well as for denitrification (weak or switched off ventilation, Absence of dissolved oxygen).

Es ist üblich, die Dauer der Nitrifikationsbehandlung und der Denitrifikationsbehandlung mit Schaltuhren zu steuern, insbe sondere bei der intermittierenden Behandlung, bei der Nitrifi kation und Denitrifikation in demselben Reaktionsraum zeitlich nacheinander ablaufen.It is common for the duration of the nitrification treatment and the To control denitrification treatment with timers, esp especially with intermittent treatment, with nitrifi cation and denitrification in the same reaction space run one after the other.

Es liegt nahe, eine direkte Steuerung des Umschaltzeitpunktes zwischen Denitrifikation und Nitrifikation durch die Messung der Parameter Ammoniumgehalt bzw. Nitratgehalt durchzuführen. Die hierfür erforderlichen kontinuierlich messenden Analysege räte sind vorhanden, erfordern aber einen schwebstofffreien Probenstrom, der nur durch Ultrafiltration gewonnen werden kann. Eine derartige Steuerung ist daher insbesondere für kleine Anlagen nicht rentabel.It is obvious to directly control the switching time between denitrification and nitrification by measurement the parameter ammonium content or nitrate content. The continuously measuring analysis required for this There are councils, but they require a free of suspended matter Sample stream that can only be obtained by ultrafiltration can. Such a control is therefore especially for small plants not profitable.

Neben den Stickstoffverbindungen sind Phosphate entscheidend an der Überdüngung der Gewässer beteiligt. Auch diese Stoffe sollten daher in Kläranlagen möglichst weitgehend entfernt werden.In addition to the nitrogen compounds, phosphates are crucial involved in the over-fertilization of the water. These substances too should therefore be removed as far as possible in sewage treatment plants will.

Es ist bekannt, daß die Phosphat-Elimination aus Abwasser so wohl auf chemischem Wege durch Fällung als auch biologisch durch die in Kläranlagen vorhandenen Mikroorganismen erfolgen kann.It is known that phosphate removal from wastewater is so probably chemically through precipitation as well as biologically through the microorganisms present in sewage treatment plants can.

Die biologische Elimination setzt voraus, daß die Mikro organismen im zeitlichen Wechsel einem sauerstoffhaltigen (aeroben) und einem völlig sauerstofffreien (anaeroben) Milieu ausgesetzt werden.The biological elimination presupposes that the micro organisms alternating with an oxygen-containing one (aerobic) and a completely oxygen-free (anaerobic) environment get abandoned.

Es ist üblich, das aerobe und das anaerobe Milieu in getrenn ten Reaktionsräumen zu schaffen, die nacheinander vom Abwasser-Belebtschlammgemisch durchflossen werden. Möglich ist jedoch auch, die Milieubedingungen zeitlich intermittierend in nur einem Reaktionsraum herzustellen, der nur zeitweise mit Sauerstoff versorgt wird.It is common to separate the aerobic and anaerobic environments to create reaction spaces that are successively used by Waste water-activated sludge mixture are to be flowed through. Is possible however, the milieu conditions intermittently in to produce only one reaction space, which only intermittently with Oxygen is supplied.

Aus WAT. SCI. TEC., Vol. 17 (1985), Seiten 259 bis 281 ist be kannt, daß die Überwachung der bakteriellen Aktivität in einem Reaktor, insbesondere in einer anaeroben Phase, mit Hilfe des Redox-Potentials vorgenommen werden kann. Dabei ist darauf verwiesen worden, daß das Redox-Potential eine sehr komplexe Meßgröße ist und von vielen Parametern abhängt. In den ver schiedenen Phasen einer Abwasserbehandlung kann das Redox- Potential gleiche Werte annehmen. Ein charakteristisches Merk mal des Redox-Potentials ist jedoch, daß es am Ende der Deni trifikationsphase der Abwasserbehandlung einen starken Abfall aufweist. Ein ähnlicher starker Abfall läßt sich allerdings auch beispielsweise am Ende der aeroben Phase feststellen, wenn der Gehalt des gelösten Sauerstoffs in dem Abwasser auf 0 abfällt. Dennoch wird in dem genannten Aufsatz vorgeschlagen, die gefundenen Eigenschaften des Redox-Potentials zur Über wachung und ggf. Steuerung der Abläufe eines biologischen Pro zesses zu verwenden. Die berichteten Untersuchungen haben allerdings auch ergeben, daß verschiedene Zusätze einen erheblichen Einfluß auf das gemessene Redox-Potential haben.From WAT. SCI. TEC., Vol. 17 (1985), pages 259 to 281 is be knows that monitoring bacterial activity in one Reactor, especially in an anaerobic phase, with the help of Redox potential can be made. It is on it that the redox potential is a very complex one Measured variable is and depends on many parameters. In the ver redox treatment at various stages of wastewater treatment Accept potential of the same values. A characteristic note times the redox potential, however, is that at the end of the deni trification phase of wastewater treatment having. A similar sharp drop can be seen, however also determine, for example, at the end of the aerobic phase, when the dissolved oxygen content in the waste water is 0 falls off. Nevertheless, the article proposes the properties of the redox potential found for monitoring and possibly controlling the processes of a biological pro zesses to use. The studies reported have however, also show that various additives have a significant influence on the measured redox potential.

In der Praxis hat sich ergeben, daß die Steuerung der Abwasserbehandlung auch mit dem festgestellten erheblichen Abfall des Redox-Potentials am Ende der Denitrifikationsphase nicht ohne weiteres möglich ist. Es hat sich gezeigt, daß nicht nur das Redox-Potential eine aus vielen Einflüssen zusammengesetzte komplexe Größe ist, sondern daß auch das zu behandelnde Abwasser die unterschiedlichsten Zusätze aufweisen kann, so daß mehrere Abfälle des Redox-Potentials auftreten, die zu Fehlinterpretationen Anlaß geben können. Die in der Praxis gefundenen Ergebnisse entsprachen daher nicht der in dem genannten Aufsatz dargelegten optimistischen Erwartung der Ausnutzbarkeit des Redox-Potentials für die Steuerung von Ab wasserbehandlungen.In practice it has been found that the control of the Wastewater treatment also with the significant found Redox potential drops at the end of the denitrification phase is not easily possible. It has been shown that not only the redox potential one from many influences compound is complex size, but that too treating wastewater have a wide variety of additives so that several drops in the redox potential occur, that can give rise to misinterpretations. The in the The results found in practice therefore did not correspond to the results in the optimistic expectation set out in the article Exploitability of the redox potential for controlling Ab water treatments.

Überraschenderweise hat es sich gezeigt, daß die schwierig be herrschbare Meßgröße "Redox-Potential" zur Steuerung der Behandlungsvorgänge für eine komplexe Zusammensetzung, wie Ab wasser sie darstellt, möglich ist, wenn das Meßkriterium des starken Abfalls des Redox-Potentials erfindungsgemäß dadurch verifiziert wird, daß ein geeignetes weiteres Meßkriterium ausgewertet wird, das anzeigt, daß auch nach diesem Meßkrite rium das Ende der Denitrifikationsphase vorliegen kann. Es hat sich gezeigt, daß durch die Verifizierung des Endes der Deni trifikationsphase durch ein weiteres Meßkriterium, das für sich selbst nicht geeignet ist, das Ende der Denitrifikations phase eindeutig anzuzeigen, eine praktisch fehlerfreie Steue rung des Übergangs von der anaeroben zur aeroben Phase der Ab wasserbehandlung möglich ist.Surprisingly, it has been shown that the difficult be prevailing measurand "redox potential" for controlling the Treatment procedures for a complex composition, such as Ab water it represents, is possible if the measurement criterion of sharp drop in the redox potential according to the invention it is verified that a suitable further measurement criterion is evaluated, which indicates that even after this measurement criterion rium the end of the denitrification phase can be present. It has it has been shown that by verifying the end of the deni trification phase by a further measurement criterion that for itself is unsuitable, the end of denitrification phase clearly to indicate a practically error-free tax transition from the anaerobic to the aerobic phase of the Ab water treatment is possible.

Als weiteres Meßkriterium eignet sich der Absolutwert des Re dox-Potentials, d. h. daß die Abschaltung der Denitrifikations behandlung nur vorgenommen wird, wenn sich der Absolutwert des Redox-Potentials innerhalb eines vorbestimmten Intervalls ("Redox-Fenster") befindet. Ein weiteres mögliches Kriterium für die Vermeidung von Fehlsteuerungen ist die Messung des O₂- Gehalts des Abwassers, der praktisch gleich null sein muß, wenn die Denitrifikationsbehandlung vor sich geht. The absolute value of Re is suitable as a further measurement criterion dox potential, d. H. that the shutdown of denitrification treatment is only carried out if the absolute value of the Redox potential within a predetermined interval ("Redox window") is located. Another possible criterion To avoid incorrect control, the measurement of the O₂- Wastewater content, which must be practically zero, when the denitrification treatment is going on.

Die Erfindung betrifft ferner eine Steuerungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens für die mikrobielle Denitrifika tionsbehandlung von Abwässern nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Sensor für das Redox potential, einer Auswertungsschaltung für die Meßwerte des Sensors und einem Detektor für eine starke Abnahme des Redox- Potentials, die erfindungsgemäß gekennzeichnet ist durch eine an einen Sensor angeschlossene Auswertungsanordnung für ein weiteres Meßkriterium für das Ende der Denitrifikationsphase und eine an den Detektor und an die Auswertungsanordnung an geschlossene Schalteinheit für die Beeinflussung der Behand lung.The invention further relates to a control arrangement for Implementation of the microbial denitrification process tion treatment of waste water according to one of claims 1 to 3 with a sensor for the redox potential, an evaluation circuit for the measured values of the Sensor and a detector for a strong decrease in the redox Potential, which is characterized by a evaluation arrangement connected to a sensor for a Another measurement criterion for the end of the denitrification phase and one to the detector and to the evaluation arrangement closed switching unit for influencing the treatment lung.

Der Detektor für die starke Abnahme des Redox-Potentials weist dabei vorzugsweise eine Differenzierstufe zur Bildung der er sten Ableitung und/oder der zweiten Ableitung des Meßsignals des Sensors auf. Dadurch läßt sich der "Redox-Knick" sicher detektieren.The detector for the sharp decrease in the redox potential points preferably a differentiation level to form the he most derivative and / or the second derivative of the measurement signal of the sensor. This makes the "redox kink" safe detect.

Es hat sich gezeigt, daß die besten Meßergebnisse erhalten werden, wenn das Redox-Potential im Belebtschlamm gemessen wird, also der Sensor für das Redox-Potential im Belebt schlammbecken angeordnet ist. It has been shown that the best measurement results are obtained are measured when the redox potential in the activated sludge the sensor for the redox potential in the living Mud pool is arranged.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:The invention is intended to be based on one in the drawing illustrated embodiment are explained in more detail. It demonstrate:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Steuerungsanordnung Fig. 1 is a schematic representation of the control arrangement according to the invention

Fig. 2 gemessene Signalverläufe für die Nitrat-Konzentration und die Redox-Spannung während des Denitrifikations prozesses sowie zur Auswertung dienende Kurven der ersten und zweiten Ableitung der Redox-Spannung. Fig. 2 measured waveforms for the nitrate concentration and the redox voltage during the denitrification process and evaluation curves serving the first and second derivative of the redox voltage.

Fig. 1 zeigt schematisch eine in das gereinigte Abwasser bzw. vorzugsweise in den Belebtschlamm ragende Redox-Elektrode 1, die mit einer Auswert- und Regeleinheit 2 verbunden ist, deren Funktion anhand der Fig. 2 näher erläutert wird. Die dargestellte Anordnung ist für eine intermittierende Denitrifikationsanlage vorgesehen und steuert somit eine (nicht dargestellte) Belüftungseinrichtung, über die der Belebtschlamm mit Sauerstoff versorgt werden kann. Am Ende der Denitrifikationsbehandlung wird die Belüftungseinrich tung eingeschaltet, so daß dem Schlamm Sauerstoff zur Nitrifika tionsbehandlung zugeführt wird und das im Wasser gelöste Ammonium in Nitrat umgesetzt wird. Fig. 1 shows schematically a superior or preferably in the purified wastewater in the activated sludge redox electrode 1 which is connected to an evaluation and control unit 2, whose function will be explained with reference to FIG. 2. The arrangement shown is intended for an intermittent denitrification system and thus controls an aeration device (not shown) via which the activated sludge can be supplied with oxygen. At the end of the denitrification treatment, the ventilation device is switched on, so that oxygen is supplied to the sludge treatment for nitrification and the ammonium dissolved in the water is converted into nitrate.

Fig. 2 zeigt den Verlauf der Nitrat-Konzentration während der Denitrifikationsbehandlung. Diese nimmt stetig ab und geht am Ende der Denitrifikationsbehandlung gegen null. Fig. 2 shows the course of the nitrate concentration during the denitrification treatment. This decreases steadily and approaches zero at the end of the denitrification treatment.

Der darunter dargestellte Verlauf der Redox-Spannung, also des Meßsignals der Redox-Elektrode 1, zeigt eine stetige Abnahme der Redox-Spannung bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Nitrat-Konzentration praktisch null ist. Etwas gegenüber diesem Zeitpunkt versetzt ist mit der Redox-Elektrode 1 eine deutliche Zunahme des Abfalls der Redox-Spannung ("Redox-Knick") erkennbar. Das Auftreten dieses "Redox-Knicks" wird erfindungsgemäß als Steuerparameter für die Beendigung der Denitrifikationsbehandlung eingesetzt. Um diesen "Redox-Knick" sicher detektieren zu können, wird in der Auswert- und Regeleinheit die erste und die zweite Ableitung der Redox- Spannung gebildet. Beide zeigen übereinstimmend zeitlich dem Zeitpunkt etwas nachlaufend, zu dem die Nitrat-Konzentration praktisch null wird, einen starken Abfall. Die übereinstimmenden Abfälle der Kurven der ersten und der zweiten Ableitung bilden ein sicheres Merkmal für das Auftreten des "Redox-Knicks" und eignen sich daher als Steuerkriterium für die Beendigung der Denitrifikationsbehandlung.The course of the redox voltage shown below, ie the measurement signal of the redox electrode 1 , shows a steady decrease in the redox voltage up to the point in time at which the nitrate concentration is practically zero. Slightly offset from this point in time, the redox electrode 1 shows a clear increase in the drop in the redox voltage (“redox kink”). The occurrence of this "redox kink" is used according to the invention as a control parameter for ending the denitrification treatment. In order to be able to reliably detect this "redox kink", the first and second derivatives of the redox voltage are formed in the evaluation and control unit. Both show a strong decrease in time, somewhat later, when the nitrate concentration becomes practically zero. The coincident declines of the curves of the first and the second derivative form a sure characteristic for the occurrence of the "redox kink" and are therefore suitable as a control criterion for the termination of the denitrification treatment.

Da nicht auszuschließen ist, daß ein ähnlich starker Abfall der Redox-Spannung aufgrund anderer Effekte im Abwasser zu anderen Zeitpunkten eintritt, die nichts mit dem Ende der Denitrifikations behandlung zu tun haben, ist es zweckmäßig, als weiteres Abschalt kriterium das Absinken der Redox-Spannung unter einem experimentell vorermittelten Schwellwert zu verwenden. Eine Fehlsteuerung könnte alternativ hierzu auch durch die Bestimmung des Sauerstoffgehalts des Abwassers erreicht werden, da ein Kriterium für die Denitrifi kationsbehandlung die Abwesenheit von Sauerstoff ist. Als Schalt kriterium käme daher auch der Meßwert null für den O₂-Gehalt des Abwassers in Frage.Since it cannot be ruled out that a similarly strong drop in Redox voltage due to other effects in wastewater to others Occurs at times that have nothing to do with the end of denitrification treatment, it is advisable to switch it off again criterion the decrease of the redox voltage under an experimental to use the previously determined threshold value. An incorrect control could alternatively, by determining the oxygen content of wastewater can be achieved as a criterion for denitrifi cation treatment is the absence of oxygen. As a switch criterion would therefore also be the measured value zero for the O₂ content of Sewage in question.

Der hier auftretende Zeitversatz zwischen dem Erreichen des Null punkts für die Nitrat-Konzentration und das Auftreten des "Redox- Knicks" beträgt größenordnungsmäßig eine bis drei Minuten. Dieser Zeitversatz ist für die Steuerung unerheblich und liegt innerhalb der Steuerungsdämpfung, die zur Vermeidung von Fehlsteuerung aufgrund von Störimpulsen o. ä. zweckmäßigerweise vorgesehen wird.The time offset occurring here between reaching zero points for the nitrate concentration and the occurrence of the "redox Knicks "is on the order of one to three minutes Time shift is irrelevant for the control and lies within the control damping to avoid misregistration is expediently provided due to interference pulses or the like.

Claims

1. A method for controlling the microbial denitrification treatment of waste water, in which in the treatment of the Be subject waste water the redox potential is measured and evaluated and the end of the denitrification treatment, thereby it is determined that a sharp drop is present in the redox potential, characterized indicates that the sharp drop in the redox potential is used as a switch-off criterion for the denitrification treatment if the evaluation of a further measurement criterion indicates that the end of the denitrification phase can also be present after this measurement criterion.

2. The method according to claim 1, in which as an additional Criterion for ending denitrification treatment development within a predetermined interval absolute value of the redox potential used becomes.

3. The method according to claim 1 or 2, in which as additional criterion for ending denitrification treatment measures the measured oxygen freedom of the wastewater is used.

4. Control arrangement for performing the method according to one of claims 1 to 3 for the microbial denitrification treatment of waste water with a sensor ( 1 ) for the re dox potential, an evaluation circuit for the measured values of the sensor ( 1 ) and a detector for one Strong decrease in the redox potential, characterized by an evaluation arrangement connected to a sensor for a further measurement criterion for the end of the denitrification phase and a switching unit connected to the detector and evaluation arrangement for influencing the treatment.

5. Control arrangement according to claim 4, wherein the detector for the strong decrease in the redox potential has a Dif ferenzierstufe to form the first derivative and / or the second derivative of the measurement signal of the sensor ( 1 ).

6. Control arrangement according to claim 4 or 5, wherein the Evaluation circuit a comparison arrangement for fixed position whether the absolute value of the redox potential is internal lies within a predetermined interval, has and that the comparison arrangement together with the detector connected to the switching unit via an AND link is.

7. Control arrangement according to one of claims 4 to 6, at by a sensor for the O₂ content of the wastewater, whose output signal with the output signal of Detector for the strong decrease in the redox potential connected to the switching unit via an AND link is.